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月球上有水嗎?1噸月壤中含有多少水?

基于嫦娥五號(hào)攜帶的“月球礦物光譜儀”探測的數(shù)據(jù)，中科院地質(zhì)與地球物理研究所等單位的研究人員首次獲得了月表原位條件下的水含量。他們發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120ppm(百萬分之一)以下，而從別的地方濺射到采樣區(qū)的更古老巖石中的水含量約為180ppm。這就相當(dāng)于1噸月壤中大約有120克水，1噸巖石中大約有180克水。相關(guān)研究成果1月8日在線發(fā)表于《科學(xué)-進(jìn)展》。

需要說明的是，“光譜儀所探測到的‘水’是指礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉(zhuǎn)化為我們喝的水。”論文第一作者、中科院地質(zhì)地球所副研究員林紅磊解釋道。

爭論半個(gè)世紀(jì) 月球有水才等到“實(shí)錘”

月球上到底有沒有水?這個(gè)問題不僅大眾好奇，科學(xué)家也想知道答案。

早在1952年，美國化學(xué)家哈羅德·尤里大膽猜測月球上太陽永遠(yuǎn)無法照射到的洼地中可能存在像水一樣的揮發(fā)性物質(zhì)。

1969至1972年，美國阿波羅任務(wù)從月球采集了大量的樣品并返回地球，終于讓人們有機(jī)會(huì)直接測量月球上是否有水，但遺憾的是，月壤很干，宇航員留在月球表面探測大氣的儀器也無法探測到水。這似乎讓“月亮是干的”成為了一個(gè)事實(shí)。

然而，即使蘇聯(lián)科學(xué)家在1978年從“月球24號(hào)”任務(wù)采集的樣品中測量到了微量水，但這一結(jié)果并沒有被重視。

直到1994年“克萊門汀”任務(wù)實(shí)施前，對(duì)月球水的研究一直處在停滯階段。

2009年，有了不一樣的發(fā)現(xiàn)。印度“月船一號(hào)”搭載的月球礦物繪圖光譜儀發(fā)現(xiàn)在月球上水隨處可見，水含量隨緯度的增加而增加。

“這一探測結(jié)果使科學(xué)家極為興奮，這也許是很多人第一次意識(shí)到月球上有水。”林紅磊說，這里的“水”是指水分子或者羥基。

此后，前往土星探測器“卡西尼號(hào)”、前往彗星的探測器“深度撞擊號(hào)(Deep Impact)”、“月球觀測和傳感衛(wèi)星(LCROSS)”等都用光譜儀的探測“實(shí)錘”月球上確實(shí)存在水。

總之，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的爭論和探測，各種“實(shí)錘”證據(jù)讓人們相信了月球上是有水存在的，但仍然沒有在月表原位進(jìn)行過水的探測!

嫦娥五號(hào)探測器攜帶了月球礦物光譜分析儀，在采樣過程中獲取了月表的光譜。林紅磊說，這些數(shù)據(jù)讓我們第一次有機(jī)會(huì)在月表近距離、高分辨地探測水的信號(hào)。

和普遍意義上的液態(tài)水不同，光譜儀在月面探測到的“水”都藏在巖石中，水分子代表稍微加熱就可以跑出來的“結(jié)合水”，羥基則代表需要較高溫度才能析出的“結(jié)構(gòu)水”。

月壤中的水絕大部分是太陽風(fēng)的貢獻(xiàn)

嫦娥五號(hào)光譜儀對(duì)采樣區(qū)約2米見方的區(qū)域進(jìn)行了光譜觀測，觀測對(duì)象除了月壤之外還有一塊沒有帶回來的巖石。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120ppm以下，而巖石中的水含量約為180ppm。“相當(dāng)于1噸月壤中大約有120克水，1噸巖石中大約有180克水。”林紅磊解釋道。

那么，這些水又是從哪里來的呢?

結(jié)合樣品分析，月壤中的水絕大部分是太陽風(fēng)的貢獻(xiàn)。

論文通訊作者之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺說，太陽風(fēng)里有很多氫，轟到月面與月壤里的氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。

和月壤中120ppm水含量相比，巖石中仍多出來60ppm的水，多出來的水又來自哪里?科研人員推測巖石是來自于比嫦娥五號(hào)著陸點(diǎn)本地玄武巖更古老的區(qū)域，多出來的水可能代表了月球內(nèi)部水。“而月壤中的含水量較低，可能是嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月幔較干或經(jīng)歷了大量脫氣的過程，這與風(fēng)暴洋地區(qū)長期的火山噴發(fā)是一致的。”林紅磊說。

不久前，中科院地質(zhì)地球所的科研團(tuán)隊(duì)在《自然》上同時(shí)發(fā)表三篇論文。其中一篇論文報(bào)道了基于納米離子探針分析技術(shù)對(duì)月球內(nèi)部水的探測結(jié)果，確定嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月幔源區(qū)非常“干”，推測原因之一可能就是由于風(fēng)暴洋地區(qū)長期的火山噴發(fā)造成強(qiáng)烈脫氣的結(jié)果。

林紅磊介紹，嫦娥五號(hào)是目前唯一一次既返回樣品又獲取到月表原位光譜的任務(wù)，樣品能夠詳細(xì)的分析水在月壤顆粒中的分布、存在形式，并可利用同位素示蹤來源，而原位光譜可以與軌道遙感建立聯(lián)系，能夠研究月表水的全球性分布和時(shí)間變化特征。

月表水的分布可能與緯度高度相關(guān)，嫦娥五號(hào)是目前返回樣品中緯度最高的，這對(duì)研究月表水的分布及來源具有重要意義。林楊挺表示，嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)未來將在原位和軌道尺度繼續(xù)探測月表水的含量、分布，本研究成果也將為嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)的科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供支撐。(科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬)